龍華東

(中鐵十一局集團(tuán)城市軌道工程有限公司 湖北武漢 430074)

1 引言

伴隨城市地下工程的迅猛發(fā)展，在其施工過程中，往往存在大型污水管道橫跨結(jié)構(gòu)基坑，在其遷改過程中最關(guān)鍵的步序就是接駁施工[1]。對于大型污水管道，由于其排量大，無法實(shí)施臨排，無法暫停運(yùn)營，潛水員直接下水作業(yè)困難[2]。因此大型污水管道遷改如何確保順利完成新舊管道接駁成為當(dāng)前城市地下工程施工急需解決的難題。

2 工程重難點(diǎn)

龍源一街站位于國基路與中州大道交叉路口路面下方，沿國基路東西向跨中州大道布置，部分位于中州大道高架橋下方，車站長度175 m，為地下兩層車站。位于中州大道中東43 m處為現(xiàn)狀DN2400污水管，南北走向，是流向馬頭崗污水處理廠的主干管，擔(dān)負(fù)著鄭州市北區(qū)209 km2污水收集和輸送任務(wù)。管道內(nèi)徑2 400 mm、外徑2 880 mm，流量約60萬m3/d。龍源一街站頂板高程為82.928 m，埋深約4 m，現(xiàn)狀DN2400污水管在與龍源一街站交叉部位的管底高程為78.16 m，埋深約8.8 m，現(xiàn)狀DN2400污水管與龍源一街站在高程上沖突。因此，有必要對污水管道改遷技術(shù)進(jìn)行研究，確保地鐵車站基坑開挖順利進(jìn)行，同時也不影響盾構(gòu)施工。

3 污水改遷關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 鄰近既有污水工作井新建接駁井施工技術(shù)

依據(jù)新建管道路由方向及現(xiàn)狀污水管道工作井結(jié)構(gòu)來確定該接駁井結(jié)構(gòu)形式。基坑開挖前沿擬建接駁井結(jié)構(gòu)邊緣連續(xù)施作直徑800 mm的高壓旋噴樁，間距500 mm，以確保開挖過程中井壁外側(cè)土體的穩(wěn)定。對基底土體同樣施作高壓旋噴樁加固，且在新井與老井間設(shè)置接駁洞口圈梁，使新井與老井結(jié)構(gòu)連為一體，解決新井與老井運(yùn)營后發(fā)生不均勻沉降造成結(jié)構(gòu)漏水的問題。

3.2 新建污水管道臨時閘板設(shè)計、加工、安裝技術(shù)

在新建污水管道頂管工作井中施作另一個井。井中井結(jié)構(gòu)施工時在洞口一端結(jié)構(gòu)上設(shè)置滑槽，通過滑槽來安裝臨時閘板，臨時閘板可以隨時安拆循環(huán)利用。通過該閘板可以為上游接駁洞口破除時提供靜水作業(yè)環(huán)境。

3.3 現(xiàn)狀運(yùn)營污水工作井井壁破除技術(shù)

接駁洞口井壁從接駁井內(nèi)采用水鉆分層破除，以減小對現(xiàn)場工作井的擾動，每次進(jìn)尺25 cm，最后保留20 cm厚混凝土及單層鋼筋。在新建管道內(nèi)安裝臨時閘板并注水完成后進(jìn)行水下作業(yè)，潛水員利用氣動風(fēng)鎬進(jìn)行混凝土破除，剩余鋼筋采用液壓鉗割除。

3.4 現(xiàn)狀運(yùn)營污水工作井臨時閘板設(shè)計、加工、安裝技術(shù)

現(xiàn)狀污水工作井內(nèi)臨時閘板結(jié)構(gòu)采用型鋼格柵鋼架+鋼板形式。格柵閘門采用 40型鋼為主龍骨，H20型鋼為支撐件，20 mm厚鋼板為面板，主要用于原污水管道封堵。在新建污水管道上、下游接駁完成后進(jìn)行吊裝，首先吊裝格柵鋼架，待吊裝到位后進(jìn)行支撐件固定，固定牢固后再進(jìn)行鋼板吊裝。鋼板利用自重通過格柵鋼架上焊制的卡槽滑入槽內(nèi)。

3.5 廢棄污水管道水下封堵技術(shù)

廢棄污水管道水下封堵作業(yè)在井內(nèi)臨時閘板安裝到位后進(jìn)行。潛水員采用棉絮封堵閘板縫隙，潛入管道內(nèi)后利用抗?jié)B水泥進(jìn)行條石砌筑，條石尺寸為(30×30×60)cm，長邊方向與管道平行。最后利用水不漏進(jìn)行墻體周邊縫隙填充，待墻體砌筑完成形成一定強(qiáng)度后，利用微膨脹速凝抗?jié)B混凝土進(jìn)行現(xiàn)狀臨時閘板與管道內(nèi)墻體中間部分空間填充，再次形成一堵封堵墻。

4 新管接駁井施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 接駁井、工作井施工

與既有井接駁的接收井采用現(xiàn)澆逆作法，逆作井最大開挖長度10.4 m，寬度8.11 m，井深9.56 m，井壁厚度0.7 m，整圈采用雙排直徑800 mm、間距500 mm高壓旋噴樁止水加固。接駁井施工過程中同期可施工頂管工作井，頂管工作井可采用沉井法施工。接駁井結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 接駁井結(jié)構(gòu)剖面(單位：mm)

(1)接駁井沿結(jié)構(gòu)邊線及基底采用高壓旋噴樁加固，旋噴樁直徑800 mm，樁中心距500 mm，咬合300 mm，樁頂空樁2 m，采用三重管工藝施工。

(2)鎖口圈梁[3]設(shè)置于地面，施工前先清除旋噴樁施工期間返漿的漿液固結(jié)體，對局部不平整的位置整平后，進(jìn)行鋼筋綁扎及模板支設(shè)。在鎖口圈梁鋼筋綁扎過程中預(yù)留井壁鋼筋，鋼筋間距200 mm，鋼筋錨入鎖口圈梁不小于35 d。待鋼筋綁扎及模板支設(shè)完成，驗收合格后澆筑C35混凝土，終凝后灑水養(yǎng)護(hù)。接駁井鎖口圈梁施工見圖2。

圖2 接駁井鎖口圈梁施工現(xiàn)場

(3)圈梁強(qiáng)度達(dá)到要求后，開挖井芯土方，施作第一節(jié)井壁[4-5]，待強(qiáng)度滿足拆模要求后拆除模板，并繼續(xù)施作井壁，最后完成底板施工。

(4)井壁模板由木模板拼裝而成，板間用U形卡[6]固定，沿模板底部打短鋼筋樁加固，拼裝中留一道接縫夾1根φ48鋼管，以便拆模。

(5)砼強(qiáng)度為C35，利用導(dǎo)槽下送，砼應(yīng)分層對稱搗筑，防止模板側(cè)移或跑模，每次分層厚度100～200 mm，人工搗實(shí)，使?jié){液均勻飽滿。接口處與上級護(hù)壁必須連接良好，保證接口不漏水。井底混凝土墊層澆筑前，疏干工作井內(nèi)的積水[6-8]，并驗收完畢后施作10 cm厚的C20混凝土墊層。墊層砼采用商品砼，用砼輸送泵壓至基底，人工攤平，插入式或平板式振搗器搗固密實(shí)后抹平、抹光。

4.2 井中井結(jié)構(gòu)施工

待頂管[9-12]施工完成后可開始進(jìn)行接駁井、頂管工作井內(nèi)井中井結(jié)構(gòu)的施工。該結(jié)構(gòu)側(cè)墻底板為鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置流槽。流槽可采用素混凝土澆筑或磚砌結(jié)構(gòu)，確保流水順暢。成型井中井結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 成型井中井結(jié)構(gòu)

新建管道工作井內(nèi)部井中井結(jié)構(gòu)施工時，需在內(nèi)部設(shè)置臨時閘板滑槽，滑槽采用 20型鋼。模板安裝時滑槽部分先用泡沫填充，混凝土澆筑完成后拆除泡沫?；郯惭b必須確保順直，方便安裝臨時閘板。

4.3 接駁洞口水鉆開洞及圈梁施工

井中井結(jié)構(gòu)施工完成后開始進(jìn)行接駁洞口井壁破除。破除作業(yè)在接駁井內(nèi)進(jìn)行，利用開孔直徑DN100水鉆沿預(yù)留洞口輪廓密排取芯，每次進(jìn)尺25 cm，最后保留20 cm厚井壁，留單層鋼筋。作業(yè)過程中密切觀察井壁結(jié)構(gòu)情況，若發(fā)生裂縫滲漏立即停止作業(yè)。DN100密排鉆孔布置見圖4。洞口水鉆破除完成后施工洞口圈梁?，F(xiàn)澆圈梁與老井井壁間施作止水膠條并預(yù)埋注漿管，

圖4 DN100密排鉆孔布置(單位：mm)

待結(jié)構(gòu)施工完成后達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度，通過注漿管注入環(huán)氧樹脂化學(xué)漿液，防止污水滲漏。現(xiàn)澆圈梁施工細(xì)部見圖5。

圖5 現(xiàn)澆圈梁施工細(xì)部

4.4 新建管道內(nèi)臨時閘板制作與安裝

臨時閘板尺寸需大于污水管道截面尺寸，采用2 cm厚鋼板與10#槽鋼焊接而成，頂部設(shè)置4個吊耳(2個備用)，臨時閘板尺寸3 400×3 400 mm。閘板正式安裝前需進(jìn)行試吊，滑槽內(nèi)部涂抹黃油，方便拆卸，閘板吊裝選用50 t汽車吊。臨時閘閥安裝見圖6。

圖6 臨時閘閥安裝

4.5 新建管道內(nèi)蓄水

新建管道內(nèi)臨時閘板安裝完成后向管道內(nèi)注水，進(jìn)行蓄水試驗。試驗合格后潛水員水下破除剩余接駁洞口井壁。潛水員下水前必須確保井壁兩側(cè)水位等高，以確保潛水員在靜水環(huán)境下工作。

5 原污水管道施工關(guān)鍵技術(shù)

5.1 原污水管道接駁洞口井壁水下破除

接駁洞口剩余20 cm后水下作業(yè)進(jìn)行井壁破除。先進(jìn)行下游接駁洞口剩余井壁破除，后進(jìn)行上游接駁洞口剩余井壁破除。破除作業(yè)利用氣動風(fēng)鎬進(jìn)行，剩余鋼筋利用液壓鉗割除。

接駁時間段選擇凌晨3點(diǎn)至上午9點(diǎn)，即水位標(biāo)高在81 m以下時進(jìn)行接駁作業(yè)，同時馬頭崗污水廠應(yīng)提前4～6 h開啟應(yīng)急模式，最大可能降低水位。接駁與封堵期間，安排專人進(jìn)駐污水廠，及時掌握泵站開啟情況。應(yīng)急泵站開啟后，現(xiàn)場水位達(dá)到預(yù)定標(biāo)高即可進(jìn)行接駁與封堵作業(yè)。作業(yè)現(xiàn)場安排專人觀測實(shí)際水位情況，駐廠人員與現(xiàn)場人員應(yīng)緊密溝通，確保工人在安全水位以下環(huán)境中作業(yè)，確保人身安全。

5.2 原污水工作井內(nèi)臨時閘板制作與安裝

臨時閘板結(jié)構(gòu)采用型鋼格柵鋼架+鋼板形式，下方切割成與管道弧形一致。格柵閘門采用 40型鋼為主龍骨、H20型鋼為支撐件、20 mm厚鋼板為面板。鋼架橫縱向均為 40型鋼，間距500 mm，背后沿高度方向設(shè)置4層支撐，均為H20型鋼。格柵鋼架垂直插入至既有工作井流槽內(nèi)，安裝前提前標(biāo)記好安裝位置。鋼架上設(shè)置4個吊耳，利用一臺50 t汽車吊進(jìn)行吊裝作業(yè)。鋼架一側(cè)設(shè)置2個牽引繩，吊裝過程中可進(jìn)行位置調(diào)整。預(yù)先在格柵鋼架迎水側(cè)設(shè)置鋼板卡槽(卡槽采用25圓鋼焊制，豎向間距50 cm)，然后安裝鋼板。

5.3 原污水管道水下封堵技術(shù)

接駁完成后開始進(jìn)行廢棄管道封堵施工。封堵在原工作井內(nèi)進(jìn)行，先封堵上游管道，后封堵下游管道。

待臨時閘板安裝完成后，潛水員下水對閘板與工作井壁間縫隙用棉絮封堵。封堵完成后潛水員潛入管道內(nèi)進(jìn)行堵墻砌筑，砌筑材料選用尺寸為30×30×60 cm的條石及防水砂漿，長邊方向與管道平行，最后利用水不漏進(jìn)行墻體周邊縫隙填充。待墻體砌筑完成形成一定強(qiáng)度后，利用微膨脹速凝抗?jié)B混凝土對現(xiàn)狀臨時閘板與管道內(nèi)墻體中間部分空間進(jìn)行填充，再次形成一面封堵墻。原井內(nèi)格柵鋼架安裝見圖7。

6 應(yīng)用效果評價

該技術(shù)成功應(yīng)用于龍源一街站DN2400污水管道遷改工作，安全有效地解決了大型污水管道新管接駁與原管封堵的施工難題。該方法在不停止原有管線正常運(yùn)作的情況下完成新管接駁與原管的封堵工作，不影響管道正常排污，不用實(shí)施臨時排污，對市民生活幾乎無任何影響。同時，也縮短了工期，降低了工程人力、材料、機(jī)械的投入。

圖7 原井內(nèi)格柵鋼架安裝

7 結(jié)束語

該技術(shù)適用于大型排水管道改遷新管接駁與原管封堵施工，尤其對流量大、流速急、已運(yùn)行無法停用的排水管道。該技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)操作性強(qiáng)。接駁洞口大部分作業(yè)在無水工作環(huán)境下進(jìn)行，施工方便；水下作業(yè)時通過設(shè)置臨時閘板，使水下作業(yè)近乎在靜水環(huán)境下進(jìn)行。

(2)安全可控。接駁施工進(jìn)行水下作業(yè)前，在新建管道內(nèi)設(shè)置臨時閘閥并注水至原工作井內(nèi)水面高度，可確保作業(yè)人員在靜水內(nèi)工作，作業(yè)風(fēng)險較??；封堵施工通過在井內(nèi)設(shè)置臨時閘板，同樣提供靜水環(huán)境，降低作業(yè)風(fēng)險。

(3)質(zhì)量可控。水下作業(yè)環(huán)境較特殊，接駁洞門破除及原管道封堵施工質(zhì)量驗收無法有效進(jìn)行。通過該工法接駁洞門破除大部分在無水作業(yè)下進(jìn)行，能夠進(jìn)行有效的質(zhì)量把控；封堵施工通過井內(nèi)設(shè)置臨時閘板、管道內(nèi)砌筑封堵、中間部分進(jìn)行混凝土填充，封堵質(zhì)量可靠。

(4)經(jīng)濟(jì)性高。采用該改遷技術(shù)，施工過程中無需進(jìn)行污水臨排，既減少用電，節(jié)約能源，又避免污水亂流對城市環(huán)境造成影響；臨時閘板可循環(huán)使用，節(jié)省了鋼材料，經(jīng)濟(jì)效益顯著。